عنوان پایان‌نامه
مدلسازی دینامیک سیال محاسباتی راکتور بستر فورانی جهت حذف آلاینده های هوا توسط نانو فتو کاتالیزور دی اکسید تیتانیوم
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی-انرژی و محیط زیست
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1602.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 68945
- تاریخ دفاع
- ۲۴ دی ۱۳۹۳
- دانشجو
- حامد عطالو
- استاد راهنما
- شهره فاطمی, زهرا منصور پور
- چکیده
- در پایان‌نامه حاضر مدلسازی راکتور بستر فورانی ذرات نانو دی‌اکسید تیتانیوم با استفاده از روش ترکیبی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و روش المان¬های مجزا موردبررسی قرارگرفته است. در این روش فرض پیوسته بودن فاز جامد در مدل‌هایی چون مدل دوفازی، بابیان گسسته رفتار ذرات جایگزین شده و ذرات را به‌صورت کره‌های مجزا در نظر می‌گیریم. حال‌آنکه جریان فاز گاز را همچنان پیوسته در نظر می‌گیریم. در این روش حرکت ذرات توسط قوانین نیوتنی قابل توصیف می¬گردد. نیروهای وارد بر ذرات از برهم‌کنش با فاز گاز و برهم‌کنش بین‌ذره‌ای پیروی می‌کنند. مزیت این نوع مدلسازی آن است که رفتار واقعی‌تری از برهم‌کنش ذره-ذره و ذره-دیواره را دارا می‌باشد. ولی به سبب حجم زیاد محاسبات معمولاً برای مدلسازی در مقیاس آزمایشگاهی استفاده می‌شود. پس از مدلسازی هیدرودینامیک بستر به روش CFD-DEM ، رفتار انتقال جرم راکتور بستر فورانی جهت حذف استالدهید را موردبررسی قرار داده‌ایم. با حل همزمان معادلات مومنتوم، پیوستگی کل و جزء و سینتیک واکنش می‌توان هیدرودینامیک و رفتار حذف آلاینده توسط نانو ذرات در بستر را در شرایط مختلف پیش‌بینی نمود. رفتار جریان فاز گاز و ذره؛ توزیع سرعت آن‌ها در بستر و گردش ذرات شبیه‌سازی شد درنهایت تأثیر هندسه بستر با تغییر در زاویه ناحیه مخروطی بر خواص هیدرودینامیک ذرات برای سه زاویه مختلف در بستر موردبحث و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزایش زاویه ناحیه مخروطی باعث کاهش بیشینه ارتفاع فواره(Hf)، کاهش سرعت عمودی ذرات در یک ارتفاع‌ثابت در نواحی فوران (Spout region) و فواره (Fountain region) و افزایش قطر فوران می¬شود. نتایج مربوط به شبیه‌سازی حذف استالدهید نشان داد که میزان تبدیل و حذف استالدهید در بستر غیریکنواخت می¬باشد که در نواحی که سیال با سرعت بیشتری حرکت می‌کند (در قسمت‌های مرکزی بستر) میزان حذف کمتر و در نواحی نزدیک به دیواره به تجمع بالای ذرات این اتفاق بهتر صورت می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی برای غلظت خروجی استالدهید با نتایج تجربی به‌دست‌آمده در کار تجربی مورد مقایسه قرار گرفت.
- Abstract
- This thesis has investigated the spout bed reactor modeling of nano Titanium dioxide particles by using coupled Computational Fluid Dynamics (CFD) and Discrete Elements Methods (DEM). In this method, the hypothesis of solid phase continuity in models like two-fluid model was substituted by discontinuity expression of particles behavior and particles were considered as separate spheres. However, gas phase was considered continuous. In this method, the movement of particles is describable by Newton’s laws. Exerted forces on particles follow interaction with gas phase and interaction between particles. The advantage of this modeling is that it has a real behavior from the interaction of particle-particle and particle-wall. However, it is usually in laboratory scale for modeling because of high mass computations. After hydrodynamics modeling of bed by CFD-DEM, mass transfer behavior of spout bed reactor has been investigated in order to eliminate Acetaldehyde. Hydrodynamics and contaminant elimination behavior by nano particles in bed in different conditions can be predicted by solving momentum equations, total and partial continuity and reaction kinetics simultaneously. Gas phase flow behavior, their velocity distribution and particles circulation were simulated. Finally, bed geometry with a change in the angle of conical region on particles hydrodynamics properties for 3 different angles in bed were discussed and compared. The findings showed that the increase in the angle of conical region decreases maximum fountain (Hf), and vertical velocity of particles in a constant height in spout and fountain regions, and increases spout diameter. The findings of simulating acetaldehyde elimination showed that the conversion and elimination of acetaldehyde in bed is not uniform. In regions with high velocity of fluid (central regions of bad), the elimination is less and in regions near to the wall with high aggregation of particles, this occurs better. The findings of simulation for output acetaldehyde viscosity were compared with the experimental findings acquired in experimental process.
